一种宽输出电压范围的电源及控制方法与流程

1.本发明属于电能变换技术领域，涉及电路输出电压调节技术。


背景技术：

2.单级功率转换电路，如flyback电路，通过改变电路反馈的参考值，改变单级功率转换电路工作时的占空比，从而实现单级功率转换电路输出电压在一定范围内调整。
3.但是，如果输出电压范围的增加，例如拓展到5v-48v，会造成单级功率转换电路的占空比需要在更大的范围内进行变化。这样的做法会导致单级功率转换电路在较低输出电压时，必须使用非常小的占空比，造成低电压输出时单级功率转换电路的效率低下。
4.在一些无法使用单级输出的场合，比如有多路输出，或是flyback无法适用的情况下，会使用两级功率转换电路。第一级功率转换电路输出一个固定的电压值，通常是20v。第二级功率转换电路通常使用buck线路，将电压降为5v-20v。如果有多个输出的场合，就会使用多个buck线路。
5.由于第一级功率转换电路的输出电压值固定，功率转换电路在较低输出电压时，仍然必须使用非常小的占空比，造成低电压输出时功率转换电路的效率低下的问题。


技术实现要素：

6.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种宽输出电压范围的电源，包括，
7.前级变换电路，输出第一电压，
8.后级变换电路，接受所述第一电压的输入并将其变换为第二电压输出，所述第一电压的变化范围为从第一设定值至所述第二电压的最大值，且不小于所述第二电压的最小值。
9.上述一种宽输出电压范围的电源，还包括控制电路，所述控制电路接受第二电压参考值，并比较第二电压参考值和第一设定值，所述第二电压参考值大于所述第一设定值时，所述前级变换电路输出的第一电压根据所述第二电压参考值调节，所述后级变换电路不对所述第一电压调节；所述第二电压参考值不大于所述第一设定值时，所述前级变换电路输出第一电压的最小值，所述后级变换电路输出的第二电压根据所述第二电压参考值调节。
10.上述后级变换电路不对所述第一电压调节时，所述控制电路控制所述后级变换电路直通。
11.上述控制电路包括第一比较器、第二比较器和第三比较器，所述第一比较器比较第二电压的参考值和第一设定值，所述第二电压参考值大于所述第一设定值时，所述第二比较器比较第二电压参考值和所述第一电压的采样值，并控制所述第一电压跟随所述第二电压的参考值变化，所述第三比较器比较所述第二电压的最大值和所述第二电压的采样值，并控制所述第二电压跟随所述第二电压的最大值变化；所述第二电压参考值不大于所述第一设定值时，所述第二比较器比较第一电压的最小值和所述第一电压的采样值，并控
制所述第一电压跟随所述第一电压的最小值变化，所述第三比较器比较所述第二电压的参考值和所述第二电压的采样值，控制所述第二电压跟随所述第二电压的参考值变化。
12.上述控制电路还包括前级驱动单元和后级驱动单元，所述前级驱动单元根据所述第二比较器的输出信号生成驱动前级变换电路中开关器件的驱动信号，所述后级驱动单元根据所述第三比较器的输出信号生成驱动后级变换电路中开关器件的驱动信号。
13.上述前级变换电路为隔离型变换电路，所述后级变换电路为非隔离型降压变换电路。
14.本发明提供另一种宽输出电压范围的电源，包括，
15.前级变换电路，输出第一电压，
16.后级变换电路，接受所述第一电压的输入并将其变换为第二电压输出，所述第一电压的变化范围为从所述第二电压的最小值至第二设定值，且不大于所述第二电压的最大值。
17.上述一种宽输出电压范围的电源，还包括控制电路，所述控制电路接受第二电压参考值，并比较第二电压参考值和第二设定值，所述第二电压参考值小于所述第二设定值时，所述前级变换电路输出的第一电压根据所述第二电压参考值变化，所述后级变换电路不对所述第一电压调节，所述第二电压参考值不小于所述第二设定值时，所述前级变换电路输出第一电压的最大值，所述后变换电路根据所述第二电压参考值对所述第一电压调节。
18.上述后级变换电路不对所述第一电压调节时，所述控制电路控制所述后级变换电路直通。
19.上述控制电路包括第一比较器、第二比较器和第三比较器，所述第一比较器比较第二电压的参考值和第一设定值，所述第二电压参考值小于所述第一设定值时，所述第二比较器比较第二电压参考值和所述第一电压的采样值，并控制所述第一电压跟随所述第二电压的参考值变化，所述第三比较器比较所述第二电压的最小值和所述第二电压的采样值，并控制所述第二电压跟随所述第二电压的最大值变化；所述第二电压参考值不小于所述第一设定值时，所述第二比较器比较第一电压的最大值和所述第一电压的采样值，并控制所述第一电压跟随所述第一电压的最大值变化，所述第三比较器比较所述第二电压的参考值和所述第二电压的采样值，控制所述第二电压跟随所述第二电压的参考值变化。
20.上述控制电路还包括前级驱动单元和后级驱动单元，所述前级驱动单元根据所述第二比较器的输出信号生成驱动前级变换电路中开关器件的驱动信号，所述后级驱动单元根据所述第三比较器的输出信号生成驱动后级变换电路中开关器件的驱动信号。
21.上述前级变换电路为隔离型变换电路，所述后级变换电路为非隔离型升压变换电路。
22.本发明的一种宽输出电压范围的电源控制方法，包括，
23.设置前级变换电路和后级变换电路，所述前级变换电路输出第一电压，所述后级变换电路调节所述第一电压变换为第二电压，
24.接受第二电压参考值，第二电压参考值小于第一设定值时，控制所述前级变换电路输出第一电压的最小值，然后控制后级变换电路调节第二电压跟随所述第二电压参考值变化；所述第二电压参考值不小于第一设定值时，控制所述前级变换电路调节第一电压跟
随第二电压参考值变化，并控制后级变换电路处于直通的状态或是其最大可以工作的占空比的状态。
25.本发明的另一种宽输出电压范围的电源控制方法，包括，
26.设置前级变换电路和后级变换电路，所述前级变换电路输出第一电压，所述后级变换电路调节所述第一电压变换为第二电压，
27.接受第二电压参考值，第二电压参考值大于第二设定值时，控制所述前级变换电路输出第一电压的最大值，然后控制后级变换电路调节第二电压跟随所述第二电压参考值变化；所述第二电压参考值不大于第二设定值时，控制所述前级变换电路调节第一电压跟随第二电压参考值变化，并控制后级变换电路处于直通的状态或是其最大可以工作的占空比的状态。
28.本发明使用两级线路分别处理不同输出电压范围，从而使电路用较小的占空比变化范围就可以支持更宽的工作电压范围，降低输出电压变化对效率的影响。
附图说明
29.图1显示为本发明电源的第一实施例框图。
30.图2显示为本发明电源的第二实施例框图。
31.图3显示为本发明控制电路的第一实施例。
32.图4显示为本发明控制电路的第二实施例。
33.图5显示为本发明电源的第一实施例的第一具体实施方式示意图。
34.图6显示为本发明电源的第一实施例的第二具体实施方式示意图。
35.图7显示为本发明电源的第一实施例的第三具体实施方式示意图。
36.图8显示为本发明控制方法的第一实施例流程图。
37.图9显示为本发明控制方法的第二实施例流程图。
具体实施方式
38.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域的技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
39.须知，本说明书所附图式，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供本领域的技术人员了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义。
40.图1所示为本发明电源的实施例框图，电源10包括前级变换电路11和后级变换电路12，前级变换电路11将例如交流电或直流电变换为电压vt输出，所述后级变换电路12将电压vt变换为电压vo提供给负载13。
41.本发明一优选实施例中，所述电压vt可变，所述电压vt的变化范围为从第一设定值vm1至所述电源10额定输出电压的最大值vomax，且不小于所述电源10输出电压的最小值vomin。所述前级变换电路11具备隔离的作用，后级变换电路12为非隔离的降压电路，例如buck变换电路。请参考图5，所述前级变换电路51为llc谐振电路，后级变换电路52为buck电路。再参考图6，所述前级变换电路61为不对称半桥式反激拓扑结构，后级变换电路62为buck电路。
42.本发明另一优选实施例中，所述电压vt可变，所述电压vt的变化范围为从所述电
源10额定输出电压的最小值vomin至第二设定值vm2，且不大于所述电源10输出电压的最大值vomax。所述前级变换电路11具备隔离的作用。后级变换电路12为非隔离的升压电路，例如boost变换电路。请参考图7，所述前级变换电路71为llc谐振电路，后级变换电路72为boost电路。
43.控制电路14，控制电路14与电源10的外部具有通讯功能，接受外部输入的输出电压参考值vo_ref，并与前级变换电路11和后级变换电路12耦合在一起，检测电压vt和电压vo，并为前级变换电路11和后级变换电路12提供控制信号，例如控制前级变换电路11和后级变换电路12中开关器件的工作频率或占空比，从而控制电压vt和电压vo。
44.本发明一实施例中，控制电路14收到输出电压参考值vo_ref，输出电压参考值vo_ref小于第一设定值vm1时，所述控制电路14控制所述前级变换电路11输出其可输出的最低电压vtmin，然后控制后级变换电路12输出满足信号vo_ref要求的所述电压vo；控制电路14收到输出电压参考值vo_ref，输出电压参考值vo_ref不小于第一设定值vm1时，所述控制电路14控制所述前级变换电路11输出满足输出电压参考值vo_ref要求的所述电压vt，并控制后级变换电路12处于直通的状态或是其最大可以工作的占空比的状态，不对所述电压vt进行调节。优选的，所述电压vt-vc＝vo，vc是一个固定电压，用来补偿所述后级变换电路12的压降，使得前级变换电路11输出电压vt后，后级变换电路12的输出即为满足要求的电压vo。
45.请参考图3，控制电路34的实施例示意图，控制电路34包括比较器u1、比较器u2和比较器u3，所述比较器u1的输出端与用于控制选择单元343和选择单元344，选择单元343和选择单元344控制比较器u2和u3的参考值。所述比较器u1比较输出电压的参考值vo_ref和第一设定值vm1，所述输出电压的参考值vo_ref大于所述第一设定值vm1时，所述选择单元343选择输出电压的参考值vo_ref，选择单元344选择输出电压的最大值vomax，所述比较器u2比较输出电压的参考值vo_ref和所述电压vt的采样值，并控制所述电压vt跟随所述输出电压的参考值vo_ref变化，所述比较器u3比较所述输出电压的最大值vomax和所述输出电压vo的采样值，并控制所述输出电压vo跟随输出电压的最大值vomax变化；
46.所述输出电压的参考值vo_ref不大于所述第一设定值vm1时，所述选择单元343选择前级变换电路输出的最低电压vtmin，选择单元344选择输出电压的参考值vo_ref，所述比较器u2比较前级变换电路输出的最低电压vtmin和所述电压vt的采样值，并控制所述电压vt跟随所述电压vtmin变化，所述比较器u3比较所述输出电压的参考值vo_ref和所述输出电压vo的采样值，并控制所述输出电压vo跟随所述输出电压的参考值vo_ref变化。
47.控制电路34还包括前级驱动单元341和后级驱动单元342，所述前级驱动单元341根据所述比较器u2的输出信号生成驱动前级变换电路中开关器件的驱动信号，所述后级驱动单元342根据所述比较器u3的输出信号生成驱动后级变换电路中开关器件的驱动信号。
48.参考图5，前级变换电路51的拓扑结构为llc谐振变换电路，后级变换电路52的拓扑结构为buck电路。
49.本发明另一实施例中，控制电路14收到输出电压参考值vo_ref，输出电压参考值vo_ref不大于第二设定值vm2时，所述控制电路14控制所述前级变换电路11输出满足输出电压参考值vo_ref要求的所述电压vo，然后控制后级变换电路12处于直通的状态或是其最大可以工作的占空比的状态，不对所述电压vt进行调节；控制电路14收到输出电压参考值vo_ref，输出电压参考值vo_ref大于第二设定值vm2时，所述控制电路14控制所述前级变换
电路11输出其可输出的最大电压vtmax，然后控制后级变换电路12输出满足输出电压参考值vo_ref要求的所述电压vo。
50.如图4所示为本发明控制电路44控制的实施例示意图，控制电路44包括比较器u1、比较器u2和比较器u3，所述比较器u1的输出端与用于控制选择单元443和选择单元444，选择单元443和选择单元444控制比较器u2和u3的参考值。所述比较器u1比较输出电压的参考值vo_ref和第二设定值vm2，所述输出电压的参考值vo_ref小于所述第二设定值vm2时，所述选择单元443选择输出电压的参考值vo_ref，选择单元444选择输出电压的最小值vomin，所述比较器u2比较输出电压的参考值vo_ref和所述电压vt的采样值，并控制所述电压vt跟随所述输出电压的参考值vo_ref变化，所述比较器u3比较所述输出电压的最小值vomin和所述输出电压vo的采样值，并控制所述输出电压vo跟随输出电压的最大值vomin变化；
51.所述输出电压的参考值vo_ref不小于所述第一设定值vm1时，所述选择单元443选择前级变换电路输出其可输出的最大电压vtmax，选择单元444选择输出电压的参考值vo_ref，所述比较器u2比较前级变换电路输出其可输出的最大电压vtmax和所述电压vt的采样值，并控制所述电压vt跟随所述电压vtmax变化，所述比较器u3比较所述输出电压的参考值vo_ref和所述输出电压vo的采样值，并控制所述输出电压vo跟随所述输出电压的参考值vo_ref变化。
52.控制电路44还包括前级驱动单元441和后级驱动单元442，所述前级驱动单元441根据所述比较器u2的输出信号生成驱动前级变换电路中开关器件的驱动信号，所述后级驱动单元442根据所述比较器u3的输出信号生成驱动后级变换电路中开关器件的驱动信号。
53.参考图7，前级变换电路71的拓扑结构为llc谐振变换电路，后级变换电路72的拓扑结构为boost电路。
54.图2所示为本发明的另一实施例，与图1不同是本实施例中，在后级变换电路22与负载23之间串联开关s1，所述开关s1可以是一个机械开关，或是一个半导体的开关，如mosfet，用来接通或切断所述后级变换电路22与负载23之间的连接。
55.上述负载通过usb type a或usb type c端口与所述电源10或20连接。
56.图8所示，本发明的一种宽输出电压范围的电源控制方法，包括，
57.步骤81设置前级变换电路和后级变换电路，所述前级变换电路输出第一电压，所述后级变换电路调节所述第一电压变换为第二电压，
58.步骤82接受第二电压参考值。
59.步骤83第二电压参考值小于第一设定值时，控制所述前级变换电路输出第一电压的最小值，然后控制后级变换电路调节第二电压跟随所述第二电压参考值变化。
60.步骤84所述第二电压参考值不小于第一设定值时，控制所述前级变换电路调节第一电压跟随第二电压参考值变化，并控制后级变换电路处于直通的状态或是其最大可以工作的占空比的状态。
61.图9所示，本发明的另一种宽输出电压范围的电源控制方法，包括，
62.步骤s91设置前级变换电路和后级变换电路，所述前级变换电路输出第一电压，所述后级变换电路调节所述第一电压变换为第二电压。
63.步骤s92接受第二电压参考值。
64.步骤s93第二电压参考值大于第二设定值时，控制所述前级变换电路输出第一电
压的最大值，然后控制后级变换电路调节第二电压跟随所述第二电压参考值变化。
65.步骤s94所述第二电压参考值不大于第二设定值时，控制所述前级变换电路调节第一电压跟随第二电压参考值变化，并控制后级变换电路处于直通的状态或是其最大可以工作的占空比的状态。
66.综上所述，通过一种混合式的控制方法，用两级线路分别处理不同输出电压范围，从而使电路用较小的占空比变化范围就可以支持更宽的工作电压范围，降低输出电压变化对效率的影响。
67.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。